Jednostavni krug snimanja EKG -a i LabVIEW monitor otkucaja srca: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako ovaj krug koristite za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li se strujni krug i veze kruga s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije

Jedan od najosnovnijih aspekata suvremene zdravstvene zaštite je sposobnost hvatanja srčanog vala pomoću EKG -a ili elektrokardiograma. Ova tehnika koristi površinske elektrode za mjerenje različitih električnih uzoraka koje emitira srce, tako da se izlaz može koristiti kao dijagnostički alat za dijagnosticiranje stanja srca i pluća, kao što su različiti oblici tahikardije, blokade grana i hipertrofije. Za dijagnosticiranje ovih stanja izlazni valni oblik uspoređuje se s normalnim EKG signalom.

Kako bi se stvorio sustav koji može dobiti valni oblik EKG -a, signal se prvo mora pojačati, a zatim odgovarajuće filtrirati kako bi se uklonila buka. Da bi se to učinilo, može se izgraditi trostupanjski krug pomoću OP pojačala.

Ovaj Instructable pružit će informacije potrebne za projektiranje i izgradnju jednostavnog sklopa sposobnog za snimanje EKG signala pomoću površinskih elektroda, a zatim filtriranje tog signala za daljnju obradu i analizu. Nadalje, ovaj Instructable opisat će jednu tehniku koja se koristi za analizu tog signala kako bi se stvorio grafički prikaz izlaza kruga, kao i metodu za izračunavanje otkucaja srca iz izlaza kruga EKG -a.

Napomena: pri projektiranju svake faze, svakako izvodite izmjene izmjenične struje i eksperimentalno i simulacijom kako biste osigurali željeno ponašanje kruga.

Korak 1: Projektirajte i konstruirajte instrumentacijsko pojačalo

Prva faza u ovom EKG krugu je instrumentacijsko pojačalo koje se sastoji od tri OP pojačala. Prva dva OP pojačala su međuspremni ulazi, koji se zatim napajaju u treće OP pojačalo koje funkcionira kao diferencijalno pojačalo. Signali iz tijela moraju biti međuspremnici ili će se u protivnom izlaz smanjiti jer tijelo ne može dati veliku struju. Diferencijalno pojačalo uzima razliku između dva ulazna izvora kako bi osiguralo mjerljivu razliku potencijala, dok istodobno poništava zajedničku buku. Ova faza također ima pojačanje od 1000, pojačavajući tipični mV na čitljiviji napon.

Dobit kruga od 1000 za instrumentacijsko pojačalo izračunava se prema prikazanim jednadžbama. Dobitak stupnja 1 instrumentalnog pojačala izračunava se prema (2), a dobitak stupnja 2 instrumentacijskog pojačala izračunava se prema (3). K1 i K2 izračunati su tako da se međusobno ne razlikuju za više od 15.

Za dobitak od 1000, K1 bi se mogao postaviti na 40, a K2 na 25. Sve se vrijednosti otpornika mogu izračunati, ali ovo pojačalo za instrumente koristilo je vrijednosti otpornika u nastavku:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Korak 2: Projektirajte i konstruirajte Notch filter

Sljedeća faza je urezani filter za uklanjanje signala od 60 Hz koji dolazi iz utičnice.

U zareznom filtru vrijednost otpornika R1 izračunava se prema (4), vrijednost R2 po (5) i vrijednost R3 po (6). Faktor kvalitete kruga, Q, postavljen je na 8 jer to daje razumnu granicu pogreške, a pritom je realno točna. Vrijednost Q može se izračunati prema (7). Posljednja vladajuća jednadžba zareznog filtra koristi se za izračun propusnosti, a opisana je u (8). Osim faktora kvalitete 8, usjek filtra imao je prisutne i druge dizajnerske specifikacije. Ovaj je filter dizajniran tako da ima pojačanje 1 kako ne bi promijenio signal, dok uklanja signal od 60 Hz.

Prema tim jednadžbama, R1 = 11,0524 kΩ, R2 = 2,829 MΩ, R3 = 11,009 kΩ i C1 = 15 nF

Korak 3: Projektirajte i konstruirajte niskopropusni filter drugog reda Butterworth

Posljednja faza je niskopropusni filter za uklanjanje svih signala koji se mogu pojaviti iznad komponente najviše frekvencije EKG vala, kao što je WiFi šum, i drugih ambijentalnih signala koji bi mogli odvratiti pozornost od signala od interesa. Točka -3dB za ovu fazu trebala bi biti oko ili blizu 150 Hz, budući da je standardni raspon signala prisutnih u EKG valnom rasponu od 0,05 Hz do 150 Hz.

Prilikom projektiranja niskopropusnih Butterworth filtera drugog reda, krug je ponovno postavljen na pojačanje 1, što je omogućilo jednostavniji dizajn kola. Prije daljnjih proračuna važno je napomenuti da je željena granična frekvencija niskopropusnog filtra postavljena na 150 Hz. Najlakše je započeti izračunavanjem vrijednosti kondenzatora 2, C2, jer druge jednadžbe ovise o toj vrijednosti. C2 se može izračunati prema (9). Polazeći od izračunavanja C2, C1 se može izračunati prema (10). U slučaju ovog niskopropusnog filtra, koeficijenti a i b su definirani gdje je a = 1.414214, a b = 1. Vrijednost otpornika R1 izračunava se prema (11), a vrijednost otpornika R2 izračunava se prema (12).

Korištene su sljedeće vrijednosti:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Korak 4: Postavite program LabVIEW koji se koristi za prikupljanje i analizu podataka

Zatim se računalni program LabView može koristiti za izradu zadatka koji će stvoriti grafički prikaz otkucaja srca iz EKG signala i izračunati broj otkucaja srca iz istog signala. Program LabView to postiže tako što prvo prihvaća analogni ulaz s DAQ ploče, koja također djeluje kao analogno -digitalni pretvarač. Ovaj digitalni signal se zatim dodatno analizira i iscrtava, gdje grafikon prikazuje grafički prikaz signala koji se unosi na DAQ ploču. Signalni valni oblik analizira se uzimajući 80% maksimalnih vrijednosti prihvaćenog digitalnog signala, a zatim se pomoću funkcije detektora vrha detektiraju ti vrhovi signala. Istodobno, program uzima valni oblik i izračunava vremensku razliku između vrhova valnog oblika. Detekcija vrha povezana je s popratnim vrijednostima 1 ili 0, pri čemu 1 predstavlja vrh za stvaranje indeksa lokacije vrhova, a taj se indeks tada koristi zajedno s vremenskom razlikom između vrhova za matematički izračun brzine otkucaja srca u otkucaja u minuti (BPM). Prikazan je blok dijagram koji je korišten u programu LabView.

Korak 5: Potpuna montaža

Nakon što ste izgradili sve svoje sklopove i program LabVIEW i uvjerili se da sve radi ispravno, spremni ste za snimanje EKG signala. Na slici je moguća shema sklopa sustava s punim krugom.

Spojite pozitivnu elektrodu na desni ručni zglob i jedan od uokruženih ulaza pojačala instrumentacije, a negativnu elektrodu u lijevi zglob i drugi ulaz pojačala instrumentacije kao na slici. Redoslijed unosa elektroda nije bitan. Na kraju, postavite elektrodu za uzemljenje na gležanj i spojite je na masu u strujnom krugu. Čestitamo, dovršili ste sve korake potrebne za snimanje i EKG signal.